Faculdade de Engenharia Universidade do Porto Engenharia Electrotécnica e Computadores Gestão de Energia A Eficiência Energética em projecto de edifícios tem sempre presente que existem questões importantes para os projectistas resolverem, cabendo à arquitectura o papel sintetizador de todos estes problemas, transformando o edifício numa unidade coerente, funcional e aprazível. EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NOS EDIFÍCIOS Um projecto de edifícios com um bom nível de eficiência energética pode ser alcançado com o recurso às seguintes medidas: Aquecimento Ambiente na estação fria Maximização dos ganhos solares, por uma orientação preferencial dos envidraçados a Sul (ou com desvios de aprox. 30º) Isolamento térmico da envolvente Vidros e caixilharias de boa qualidade Minimização de pontes térmicas Aquecimento ambiente na estação quente Sombreamento eficaz de todos os envidraçados, preferencialmente pelo exterior, excepto os orientados a Norte (ou com desvios de aprox. 30º) Adopção de soluções construtivas com inércia térmica pesada Favorecimento de esquemas de ventilação natural quando ela for desejável, quer de dia, quer de noite Iluminação natural Evitar edifícios profundos; Controlo das incidências directas e do encadeamento; Áreas envidraçadas mínimas adequadas na envolvente; Selecção correcta de cores no interior; Concepção de sistemas de iluminação natural que privilegiem a luz natural, equipados com sistemas de regulação de fluxo luminoso. Qualidade do ar interior Controlo das fontes de poluição (materiais para acabamentos adequados) Garantia de Ventilação mínima Controlo das infiltrações
O Protocolo de Quioto Programa E4 O Protocolo de Quioto impõe um limite de emissões para a atmosfera de CO 2 e outros gases responsáveis pelo efeito de estufa. Os países abrangidos pelo protocolo viram-se obrigados a tomar medidas para limitar a produção desses gases. Foram também criados mecanismos de actuação e fiscalização visando o cumprimento de políticas que, a curto e médio prazo, reduzam as emissões desses gases de modo a que esses níveis no período de cumprimento 2008-2012 sejam os de 1990. Programa E4 (Eficiência Energética e Energias Endógenas): Objectivos:...pela promoção da eficiência energética e da valorização das energias endógenas, contribuir para a melhoria da competitividade da economia portuguesa e para a modernização da nossa sociedade, salvaguardando simultaneamente a qualidade de vida das gerações vindouras pela redução de emissões, em particular de CO 2, responsável pelas alterações climáticas. EDIFÍCIOS Residenciais Serviços Os edifícios são responsáveis pelo consumo de mais de 20% da energia final e de cerca de 58% de electricidade. Por esta razão, o Programa E4 tinha que dar especial atenção a este sector. Neste sentido, foram criadas diversas medidas visando: promover a melhoria da eficiência energética nos edifícios; promover o recurso às energias endógenas nos edifícios. Eficiência energética: Utilização racional de energia Preparação de água quente sanitária Iluminação e electrodomésticos Climatização Energias Endógenas: Programa E4 Penetração da energias renováveis (solar térmico, solar fotovoltaico, etc.) Novas tecnologias energéticas (micro-turbinas para microcogeração, pilhas de combustível, etc.) Ligação destes pequenos produtores à rede de BT Política energética: E4 - Características técnicas mínimas exigíveis à qualidade da envolvente do edifício - RCCTE (Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios, 1991) - Concepção dos sistemas energéticos de climatização RSECE (Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios, 1998) Programa Nacional para Eficiência Energética nos Edifícios P3E P3E Apoiado pelo SIURE (Sistema de Incentivos à Utilização Racional de Energia) e pelo MAPE (Medida de Apoio ao Aproveitamento do Potencial Energético e Racionalização dos Consumos) A tendência de subida do consumo de electricidade deve-se aos choques petrolíferos da década de 70 que constituíram um alerta para a exaustão dos recursos de combustíveis fósseis. Balanço Energético A Energia nos Edifícios Em Portugal existem cerca de 3.3 milhões de edifícios correspondendo a um conjunto de actividades de grande importância económica para o país (22% do consumo de energia final 3.5 Mtep).
O Consumo no Sector Doméstico Sector Doméstico Melhor nível de vida Maior comodidade Maior consumo de energia Aumento das emissões de gases Em 10 anos (1990 2000) registou-se um aumento de 3.7% do consumo de energia correspondendo no ano 2000 a 13% do consumo de energia final (2.15 Mtep). Isto traduz-se em 27% do consumo de electricidade o que evidencia a importânciadada ao tema da eficiência energética. Onde actuar? Programa Água Quente Solar para Portugal (AQS) Uma vez que o peso correspondente às águas quentes sanitárias é muito elevado, dividindo-se entre o gás e a electricidade, a energia solar térmica poderá ter um impacto muito importante para a redução destes consumos; Etiquetagem de electrodomésticos e lâmpadas O consumidor poderá escolher o equipamento mais eficiente podendo reduzir parte dos 25% que estas utilizações ocupam; Consumos destinados ao conforto térmico A intervenção ao nível do aquecimento e arrefecimento pode ser materializada pela revisão da regulamentação respectiva. Deverá, também, haver da parte do construtor o cumprimento de regras que aumentem a eficiência energética do edifício de forma a reduzir o consumo de energia em climatização. Esta-se a estudar a Etiquetagem para edifícios O Consumo no Sector de Serviços O consumo nacional de energia eléctrica é fortemente influenciado pelo sector de serviços tendo este vindo a subir de 19% em 1980, para 31% em 1999. Este crescimento deve-se: crescimento da actividade económica níveis de exigência e qualidade crescentes ineficiência dos sistemas consumidores, quer dos equipamentos, quer dos edifícios Sector de Serviços Sector de Serviços No sector hoteleiro verifica-se que a energia eléctrica corresponde a 45% dos consumos. O aquecimento e arrefecimento são as utilizações com maior consumo (30 a 35%) seguindo-se as águas quentes sanitárias (10 a 18%), cozinhas (16 a 18%), iluminação e lavandarias. Os hipermercados e outras grandes superfícies comerciais são edifícios onde se registam dos maiores consumos energéticos. Estes são quase exclusivamente eléctricos (98 a 99%) e para os centros comerciais as utilizações mais significativas são a climatização (70%) e a iluminação (20%). Para os hipermercados, o frio industrial é preponderante com 35% seguido do ar condicionado e da iluminação. Uma vez queo crescimento deste sector está estimado em quase 10% ao ano, é fundamental promover a eficiência energética nos edifícios
Estudo sobre as condições de utilização de Energia nos Grandes Espaços Comerciais Consumos por forma de Energia Em termos percentuais o consumo de energia eléctrica aproxima-se dos 100%(Grossista-97%; CC-99%; Hipermercados-98%). A maior parte do gasóleo que foi contabilizado é utilizado nos grupos geradores de emergência Consumos mensais de Energia Eléctrica Consumos de Energia por utilização final Grossista Centro Comercial Grossistas Centros comerciais Hipermercado Hipermercados Consumos de Energia por utilização final Medidas de Poupança de Energia Grossistas- A reduzida percentagem em AVAC, deve-se ao facto de este tipo de GEC não prevalecer as condições de conforto no interior para os frequentadores. Centros Comerciais- Nota-se que o maior utilizador final de energia é o sistema AVAC. É o reflexo da preocupação com o conforto térmico dos utilizadores e dos equipamentos associados a este sistema possuirem elevadas potências nominais. Hipermercados Fornos das padarias e charcutarias têm um peso significativo na factura energética. O consumo energético do sistema de transporte não é significativo ILUMINAÇÃO As áreas que não têm ocupação constante, poderiam ser equipados com sensores de presença. Tipos de lâmpadas - Áreas comuns dos CC- lâmpadas fluorescentes de baixo consumo. - Hipermercados e grossistas- lâmpadas vapor de mercúrio para a área de vendas e fluorescentes tubulares ou de halogéneo para os escritórios e acessos.
Medidas de Poupança de Energia EQUIPAMENTO - Motores com variação electrónica de frequência em escadas e tapetes rolantes. - Substituição de equipamentos eléctricos, como caldeiras e fornos, por outros que funcionem com combustíveis, como o gás natural e propano. Em determinadas unidades, a implementação de Cogeração. - A utilização de sistemas de gestão centralizada, que tem controlo directo sobre cada parâmetro da instalação, e fornece informações precisas em tempo real do que está a acontecer no edifício. Medidas de Poupança de Energia Tarifário - Relativamente à potência contratada, poderia ser negociado o seu valor para valores mais reduzidos (Indústrias) Edifícios Industriais em Portugal (Indústrias) (Indústrias) Potência de iluminação por unidade de área Iluminação Verifica-se que a grande utilização de lâmpadas são do tipo fluorescente, principalmente nos edifícios administrativos. Em indústrias que por imperativos de processo necessitam de uma boa iluminação, a potência é mais elevada do que noutras onde o processo não é tão exigente.
(Indústrias) Climatização (Indústrias) Consumos Energéticos (Custos) A questão do conforto térmico não é prioritária em todos os Sectores Industriais, consequentemente, os consumos energéticos são baixos Unidades Hospitalares Unidades Hospitalares Em termos energéticos os hospitais são tradicionalmente grandes consumidores. Estes elevados consumos devem-se àutilização contínua dos edifícios, aos elevados níveis de conforto térmico requeridos para os pacientes, aos exigentes padrões de qualidade do ar interior e às utilizações específicas existentes neste tipo de instalações. A Gestão de Energia reveste-se de grande importância, apresentando um enorme potencial ao nível da redução dos custos de exploração edo incremento das condições de conforto. Unidades Hospitalares No caso de instalações já existentes, a gestão de energia tem uma abordagem diferente, que deverá permitir: Unidades Hospitalares Distribuição dos Consumos por fonte de energia reduzir a factura energética; reduzir custos relativos à substituição/reparação de equipamentos; melhorar o conforto térmico; reduzir as emissões poluentes; acesso a comparticipações financeiras para a execução de projectos na área da URE. A principal fonte de energia é o fuelóleo, que representa cerca de 65% do consumo total. Os outros são o GPL, o gás de cidade e o gasóleo.
Unidades Hospitalares Distribuição dos Consumos por Utilização Final Unidades Hospitalares Indicador de eficiência energética O aquecimento é o maior responsável pelo consumo de energia, representando 29% do total. Os outros, que representam 21% do consumo total incluem a esterilização, a incineração e equipamentos hospitalares específicos. É um indicador expresso em energia primária por unidade de área útil de pavimento e com correcção climática efectuada de acordo com parâmetros retirados do RCCTE. Medidas Propostas de Utilização Racional de Energia Cogeração no Hospital de Santa Maria (sistema de produção combinada de energia eléctrica e térmica) A unidade hospitalar consegue uma redução de custos de energia eléctrica. Para o país, obtêm-se importantes economias de energia primária com efeitos positivos na redução de emissões poluentes para a atmosfera. Estudaram-se outras alternativas, como a cogeração com Motores Diesel, cogeração com Motores a Gás Natural ou como turbina a gás com recuperação de calor gerado pela turbina sob a forma de calor, mas a primeira revelou ser a mais económica e viável. Medidas Propostas de Utilização Racional de Energia Melhoria da Qualidade Térmica da Envolvente do Hospital de Bragança Substituição dos envidraçados antigos por vidro duplo. Economia: 108 MWh/ano 9550 (1910 ctos) /ano. Investimento inicial: 36000 (7200 ctos). Período de retorno: 3,8 anos. Isolamento da cobertura e dos pavimentos: Consiste no isolamento da cobertura com poliestireno expandido extrudido com 60 mm de espessura, colocados sobre a tela de impermeabilização existente. Economia : 340 MWh/ano 19650 (3930 ctos) /ano. Investimento inicial : 48000 (9600 ctos). Período de retorno : 2,5 anos. Isolamento das paredes: isolamento, pelo interior de todas as paredes com placa de gesso e poliestireno expandido. Economia : 175MWh/ano 13500 (2700 ctos) /ano. Investimento inicial : 58250 (11650 ctos). Período de retorno :4,3 anos Medidas Propostas de Utilização Racional de Energia Melhoria da Eficiência da iluminação no Hospital Egas Moniz Estabelecimentos de Ensino Substituição de todas as lâmpadas tubulares fluorescentes de 38 mm de 20 e 40 W por lâmpadas de 26 mm de 18 e 36 W respectivamente. Economia: Total de 7100kWh/ano 630 (126 ctos) /ano. Investimento inicial: 0. Fluxo luminoso aumenta. Substituição de lâmpadas incandescentes por fluorescentes. Economia : 5600kWh/ano 515 (103 ctos) /ano. Investimento Inicial: 515 (103 ctos). Período de retorno: 1 ano.
Estabelecimentos de Ensino Caracterização do Consumo de energia no Sector da Educação Estabelecimentos de Ensino Consumo de Energia por utilização final Distribuição do Consumo de Energia Consumo de Energia nos estabelecimentos de ensino em França Estabelecimentos de Ensino Comparação com França A situação de partida é diferente da nossa. O parque de edifícios do grupo ensino-investigação tem cerca de 140 milhões de m 2 de área aquecida. Trata-se de um país mais frio do que Portugal, o que conduz a necessidades de energia para aquecimento mais elevadas. O consumo específico de energia neste tipo de estabelecimentos em França é da ordem dos 174 kwh/m 2 ano. E4 Redução nas emissões de GEE no horizontede 2010, em resultado da aplicação das iniciativas e estratégiade actuação do P3E.? Em números Diminuir em cerca de 650 mil ton./ano de GEE em 2010. Tudo isto Objectivos do Programa E4 sem prejuizo da melhoria das condições de conforto nos edifícios e do aumento da actividade económica Dificuldades: Elevado número de agentes (promotores, projectistas, construtores e utentes) com objectivos muito diferentes e, por vezes, antagónicos; Lentidão da renovação do parque construtivo (2% ao ano) o que exige actuações não só a quem constrói mas também na renovação do existente; O aquecimento e o arrefecimento ambiente são hábitos recentes e em fase de claro crescimento; Regulamentação limitada; Estratégia de Actuação Indústria de construção dos edifícios e das instalações técnicas são muito conservadoras; Inexistência de casos exemplares de demonstração. Actuação Estratégia de Actuação Promotores (Incentivando-os a melhorar a sua oferta) Projectistas (regulamentando uma melhor qualidade mínima aceitável) Licenciadores (Maior controlo dos projectos sujeitos a licenciamento) Construtores e instaladores (exigindo a execução correcta do projecto e oferecendo-lhes formação) Utilizadores finais (certificação e etiquetagem) Criar casos exemplares de demonstração
Medidas de Actuação RCCTE Aplica-se a todos os edifícios com consumos energéticos pouco significativos actualizar as características térmicas de referência para a envo lvente; adopção de medidas de conservação de energia com período de recuperação de investimento máximo de 8 anos; Duplicação das espessuras de isolamento em paredes (melhoria dos coeficientes térmicos de, pelo menos, 40%) Adopção de vidros duplos (pelo menos nos climas mais frios e nas orientações de ganho solares significativos) Cuidados na envolvente, especialmente no factor de forma do edifício Medidas de Actuação Actualizar as metodologias de cálculo das necessidades energéticas de aquecimento (cálculo das emissões de CO 2 com base no tipo de sistema instalado; contribuição de sistemas solares passivos mais complexos que as janelas) Actualizar a metodologia de cálculo das necessidade energéticas de arrefecimento (com contabilização de ganhos solares através dos envidraçados, tendo em conta os sistemas de sombreamento utilizados e o respectivo padrão previsível de utilização) Contabilizar especificamente a energia dispendida para aquecimento de água sanitária Fomentar a utilização de equipamentos e lâmpadas mais eficientes (introdução de um crédito pela demonstração do recurso às categorias mais eficientes) Medidas de Actuação RSECE Aplica-se a todos os edifícios com sistemas de climatização cuja potência seja superior a 25kW Objectivos na fase de projecto: Dimensionamento correcto das instalações Concepção correcta dos sistemas primários fornecedores de energia e opções de URE (avaliação da viabilidade económica de sistemas menos convencionais tais como co-geração ou microcogeração, captação de energias renováveis, redes urbanas de distribuição de calor e frio; e sistemas já previstos pelo RSECE tais como recuperador de calor, arrefecimento gratuito, gestão centralizada, repartição de potências) Estimativa dos consumos energéticos do edifício permitindo obter uma ordem de grandeza do seu consumo global em condições nominais previsíveis de utilização Medidas de Actuação Objectivos na fase de funcionamento normal do edifício: Sistema de auditorias periódicas obrigatórias, acima de um limiar mínimo de consumos ou área útil de pavimento, de 5 em 5 anos, para emissão de certificados energéticos que devem ser afixados em local visível na entrada do edifício Estipulação de um limite para o consumo específico de cada subsector, impondo-se aos edifícios com consumos superiores a esse limite a necessidade obrigatória de promover acções de conservação de energia que reduzam, efectivamente o consumo para os níveis aceitáveis, tendo em conta parâmetros de viabilidade económica da intervenção Envio dos Certificados emitidos para o Observatório para a Energia nos Edifícios Estratégia de Verificação do Cumprimento da Regulamentação Certificação Energética dos Edifícios Objectivos específicos: Informar o utente sobre as características térmicas do imóvel, as quais iram influenciar os custos de funcionamento de sistemas de climatização Permitir seleccionar entre várias opções disponíveis e decidir na posse de todas as variáveis e informações relevantes Informar o consumidor sobre potenciais medidas que melhorem o desempenho energético do edifício e da respectiva viabilidade económica Informar e sensibilizar os utentes dos edifícios públicos sobre o seu desempenho energético, com o objectivo de promover a sua reabilitação energética sempre que necessário
Certificação Energética dos Edifícios Etiquetagem Energética A energia necessária para satisfazer os requisitos de climatização, aquecimento de água, iluminação, etc., depende: comportamento dos utentes, nomeadamente do seu grau de exigência e padrão de utilização valor absoluto das necessidades de energia útil final, fixadas pelo próprio edifício e pelo comportamento dos utentes eficiência energética dos equipamentos utilizados para satisfação das necessidades energéticas Um mesmo edifício com os mesmos utentes pode exigir consumos de energia primária (e emissões de CO 2 ) totalmente distintos em função dos tipos de equipamentos instalados Etiquetagem Energética Manutenção dos Equipamentos Etiquetagem frigorífico Grandes electrodomésticos maquinas de lavar maquinas de secar Lâmpadas(e balastros de fontes de iluminação fluorescente) *Aparelhosparaclimatização(aquecedores, ar condicionado) *Ar condicionado *Fornos eléctricos *Termoacumuladres *Televisores *Computadores etc * Novos aparelhos a serem submetidos a etiquetagem energética A proposta da Directiva Europeia para a Eficiência Energética dos Edifícios impõe auditorias periódicas às caldeiras de aquecimento acima de 15 kw e aos equipamentos de ar-condicionado quando a potência instalada no edifício for superior a 12 kw. Directiva Europeia Medidas do programa E4 Trabalho realizado por: Nuno Filipe Gonçalves da Silva www.fe.up.pt/~ee98168 e-mail: nuno_f_g_s@oninet.pt Miguel Ricardo Fernandes Lopes Lobo www.fe.up.pt/~ee98053 e-mail: miguellobo@net.sapo.pt